MCS-51单片机结构及原理
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第2章8051单片机硬件结构和原理
指令寄存器IR及指令译码器ID
• 由PC中的内容指定ROM地址，取出来的指令经IR送至ID， 由ID对指令译码产生一定序列的控制信号，以执行指令所 规定的操作。
振荡器和定时电路
• 8051单片机片内有振荡电路，只需外接石英晶体 和频率微调电容（2个30pF左右），其频率范围为 1.2MHz~12MHz。该信号作为8051工作的基本节拍
片外程序存储器
从程序员角度看存储器
程序存储器保留地址
（1）0000H～0002H三个单元：
• 用作上电复位后引导程序的存放单元。因
为复位后PC的内容为0000H，CPU总是从
0000H开始执行程序。将转移指令存放到 这三个单元，程序就被引导到指定的程序 存储器空间去执行。
程序存储器保留地址
（2）0003H～002AH单元：
使用。
SFR之 程序状态寄存器PSW(D0H)
• PSW是一个8位特殊功能寄存器，它的各位包含
了程序执行后的状态信息，供程序查询或判别之
用。各位的含义及其格式如表2－6所列。
• PSW除有确定的字节地址(D0H)外，每一位均有
位地址
Psw中的位
• CY(PSW.7)： 进位标志位。在执行加法(或减法)运算 指令时，如果运算结果最高位(位7)向前有进位(或借 位)，则CY位由硬件自动置1；如果运算结果最高位无 进位(或借位)，则CY清0。CY也是89C51在进行位操作 (布尔操作)时的位累加器，在指令中用C代替CY。 • AC(PSW.6)： 半进位标志位，也称辅助进位标志。当 执行加法(或减法)操作时，如果运算结果(和或差)的 低半字节(位3)向高半字节有半进位(或借位)，则AC位 将被硬件自动置1；否则AC被自动清0。 • F0(PSW.5)： 用户标志位。用户可以根据自己的需要 对F0位赋予一定的含义，由用户置位或复位，以作为 软件标志。
第2章MCS--51系列单片机的结构及原理
（3）软件标志FO（PSW.5）：这是可由用户定义的一个 状态标志，可由用户置位或复位。F1的定义与F0相同。
（4）工作寄存器组选择位RS1、RS0（PSW.4，
PSW.3）： RS1、RS0与工作寄存器组的对应关系
如下：
RS1 RS0 工作寄存器组 片内RAM地址
00
第0组
00H～07H
01
第1组
指令执行后，A=D1H最高位无进位，故Ｃ=0；低半字节有进位，AC=1； OV=0 1=1，发生溢出；A中1的个数为偶数，故P=0。
CPU时序
一．振荡器
CPU执行指令的一系列动作是在时序电路的控制下一拍一拍进行的。 其节拍信号由振荡器产生，MCS--51系列单片机的内部有一个高增益的反 相放大器。外接晶体后可构成自激振荡器产生节拍信号，接法见图2-1, 也可使用片外振荡器，采用不同工艺制造的单片机芯片接法不同：
RST/VPO：双功能引脚，在单片机工作期间， 当此引脚上出现连接2个机器周期的高电平时可 实现复位操作，详见2.4节。
在Vcc掉电期间，若该引脚接备用电源 （+5v），可向片内RAM供电，以保存片内RAM中 的信息。
2.2 MCS—51系列单片机的微处理器与CPU时序
运算器由算逻运算单元ALU、累加器A、B寄存器、暂存器1、 暂存器2、及程序状态字PSW构成。程序状态字PSW是1个8位 的专用寄存器，用于存放程序运行中的各种状态信息，可 进行位寻址，
P
图2—3 程序状态字各位的含义
（1）进位标志C（PSW.7）；很多算术逻辑运算指令执行 后都会影响进位标志C。例如加减运算，若运算结果有进 位或借位，则C=1，若无，则C=0。可用专门的指令或硬件 将C置位或清零，在进行位操作时，C又起着位累加器的作 用，类似于累加器A。
（4）工作寄存器组选择位RS1、RS0（PSW.4，
PSW.3）： RS1、RS0与工作寄存器组的对应关系
如下：
RS1 RS0 工作寄存器组 片内RAM地址
00
第0组
00H～07H
01
第1组
指令执行后，A=D1H最高位无进位，故Ｃ=0；低半字节有进位，AC=1； OV=0 1=1，发生溢出；A中1的个数为偶数，故P=0。
CPU时序
一．振荡器
CPU执行指令的一系列动作是在时序电路的控制下一拍一拍进行的。 其节拍信号由振荡器产生，MCS--51系列单片机的内部有一个高增益的反 相放大器。外接晶体后可构成自激振荡器产生节拍信号，接法见图2-1, 也可使用片外振荡器，采用不同工艺制造的单片机芯片接法不同：
RST/VPO：双功能引脚，在单片机工作期间， 当此引脚上出现连接2个机器周期的高电平时可 实现复位操作，详见2.4节。
在Vcc掉电期间，若该引脚接备用电源 （+5v），可向片内RAM供电，以保存片内RAM中 的信息。
2.2 MCS—51系列单片机的微处理器与CPU时序
运算器由算逻运算单元ALU、累加器A、B寄存器、暂存器1、 暂存器2、及程序状态字PSW构成。程序状态字PSW是1个8位 的专用寄存器，用于存放程序运行中的各种状态信息，可 进行位寻址，
P
图2—3 程序状态字各位的含义
（1）进位标志C（PSW.7）；很多算术逻辑运算指令执行 后都会影响进位标志C。例如加减运算，若运算结果有进 位或借位，则C=1，若无，则C=0。可用专门的指令或硬件 将C置位或清零，在进行位操作时，C又起着位累加器的作 用，类似于累加器A。
MCS-51单片机的内部结构
§ 2.2.2 控制器
1.程序计数器PC ( Program Counter )；
程序计数器PC：程序地址指示器，是16位专用 寄存器，其内容表示下一条要执行的指令的16位 地址。
PC具有自动加1的功能。 系统复位后，PC=0000H。
§ 2.2.2 控制器
§2.2.1 运算器
（3）程序状态字PSW（字节地址：D0H）
寄存当前指令执行的某些状态；反映指令执行结果的一些 特征。
1)四个状态标志位
C：进位标志位 AC：半进位标志位 P：奇偶标志位 OV：溢出标志位
2)设定标志位 F0、F1标志位：用户标志位 RS1、RS0：工作寄存器组 指针
§2.2.1 运算器
（2）基本结构： 1)CPU 2)存储器 3)输入/输出 接口电路 4)总线
§2.1 MCS-51单片机结构
总 体 结 构
§2.1 MCS-51单片机结构
基本特性
•CPU :8位 •存储器:
•128字节RAM •21个专用寄存器（亦称特殊功能寄存器SFR） •4K字节ROM存储器 •并行口:4个8位并行口 •串行口:1个全双工的串行口 •定时器/计数器:2个16位的定时器/计数器 •中断系统:5个中断源,两个中断优先级 •寻址范围: 64K字节（程序存储区和外部数据存储区各64K）
RS1 RS0 00 01 10 11
寄存器区 0区 1区 2区 3区
§2.2.1 运算器
程序状态字
Cy AC F0 RS1 RS0 OV F1 P
⑤溢出标志OV： Overflow flag
作有符号数进行算术运算时，若计算结果超出-128~+127 范围，则OV置1，否则置0。
§2.2.1 运算器
MCS-51的基本结构及工作原理
工作寄 0 存器组 地址
00H 08H -07H -0FH R0 -R7 R0 -R7
10H 18H -17H -1FH R0 -R7 R0 -R7
寄存器
工作寄存器组选择 RS1,RS0为PSW的两个位
特殊功能寄存器(片内高 特殊功能寄存器 片内高128B 80H~FFH) 片内高
21个专用寄存器SFR 这21个中，凡是字节能被8整除的SFR还可以进行位寻址。 部分SFR（6个，其它的在具体应用时介绍）
系统保留单元： 0000H~002BH 单片机复位后 PC=0000H
内部4KB ROM，片外可扩展64KB， 片内外统一编址，地址指针为16位程序计数器PC， 范围为0000H~FFFFH EA为高电平时，片内外ROM统一编址，为低电平时，只在片外寻址
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（2）数据存储器 ）
该存储器用于存放数据或程序运行时的中间结果。
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引脚
转义引脚 RXD TXD INT0 INT1 T0 T1 WR RD
功能说明 串行数据接收端 串行数据发送端 外部中断0请求 外部中断1请求 计数器0外部输入 计数器1外部输入 外部数据存储器 写 外部数据存储器 读
3、可编程I/O简介 、可编程 简介
四个双向8位 四个双向 位 P0~P3 1锁存器 并行I/O口 1输出驱动器 1输入缓冲器
程序计数器PC 程序计数器PC 控制器 CPU 运算器 指令寄存器 指令译码器 数据指针dptr 数据指针dptr 累加器ACC 累加器ACC 程序状态寄存器PSW 程序状态寄存器PSW 程序存储器EPROM 程序存储器EPROM 4KB 存储器 8051 数据存储器RAM 数据存储器RAM 256B
4个8位可编程I/O接口：P0，P1,P2,P3 位可编程I/O接口：P0， I/O接口 2个16位定时计数器：T0、T1 16位定时计数器： 位定时计数器 1个全双工串行口 5个中断源
第一章 mcs51单片机的结构与原理
第一章MCS51单片机的结构与原理1．试比较MCS-51，MSP430，EM78，PIC，M6800及A VP等系列单片机的特点。
解：MCS-51为主流产品。
MSP430的功能较强。
是一种特低功耗的Flash微控制器。
主要用于三表及超低功耗场合。
EM78系列单片机采用高速CMOS工艺制造，低功耗设计为低功耗产品，价格较低。
具有三个中断源、R-OPTION功能、I/O唤醒功能、多功能I/O口等。
具有优越的数据处理性能，采用RISC结构设计。
PIC系列8位单片机是Microship公司的产品。
CPU采用RISC结构，运行速度快，价格低适于用量大、档次低、价格敏感的产品。
Motorola是世界上最大的单片机生产厂家之一，品种全、选择余地大、新产品多。
其特点是噪声低，抗干扰能力强，比较适合于工控领域及恶劣的环境。
A VR是增强RISC内载Flash的单片机，单片机内部32个寄存器全部与ALU直接连接，突破瓶颈限制，每1MHz可实现1MIPS的处理能力，为高速、低功耗产品。
端口有较强的负载能力，可以直接驱动LED。
支持ISP、IAP，I/O口驱动能力较强。
2．MCS-51系列单片机在片内集成了哪些主要逻辑功能部件？各个逻辑部件的主要功能是什么？解：MCS-51单片机在片内集成了中央处理器（CPU）、程序存储器（ROM）、数据存储器（RAM）、定时器/计数器、并行I/O接口、串行I/O接口和中断系统等几大单元。
CPU是整个单片机的核心部件，由运算器和控制器组成。
运算器可以完成算术运算和逻辑运算，其操作顺序在控制器控制下进行。
控制器是由程序计数器PC（Program Counter）、指令寄存器IR（Instruction Register）、指令译码器ID（Instruction Decoder）、定时控制逻辑和振荡器OSC等电路组成。
CPU根据PC中的地址将欲执行指令的指令码从存储器中取出，存放在IR中，ID对IR中的指令码进行译码，定时控制逻辑在OSC配合下对ID译码后的信号进行分时，以产生执行本条指令所需的全部信号。
第二章 MCS-51系列单片机结构与工作
• （1）地址总线（AB）：地址总线为16位，可寻址范围为 216=64KB。16位地址总线由并口P0经地址锁存器提供低8位地址 （A0至A7）；并口P2直接提供高8位地址（A8至A15）。由于P0口 还要作数据总线，只能分时用作低8位地址线，所以P0输出的低8位 地址必须用锁存器锁存。锁存器的锁存控制信号为ALE输出信号。P2 口具有输出锁存功能，所以不需外加锁存器。 • （2）数据总线（DB）：数据总线为8位，由并口P0提供，用于单片 机与外部存储器和I/O设备之间传送数据。P0口为三态双向口，可以 进行双方向的数据传送。 • （3）控制总线（CB）：由并口P3的第二功能状态和4根独立控制线 RESET、EA、ALE、PSEN组成。
2.3.1运算器 2.3.1运算器
• 4．程序状态字寄存器PSW • 程序状态字寄存器PSW是8位寄存器，用来存储当前指令执行后的状 态，便于程序查询和判别。程序状态字寄存器各位的定义如表2-2。
• （1）进位标志位C：又名CY，在加法和减法运算时， 表示运算结果 最高位的进位或借位情况。
2.3.1运算器 2.3.1运算器
2.2.1 MCS-51系列单片机的引脚与功能 MCS-51系列单片机的引脚与功能
• （8）XTAL2（18脚）：片内振荡电路反向放大器的输出端，采用外 部时钟时该引脚为振荡信号的输入端。 • （9）P0口：P0.0～P0.7依次为第39～32脚，P0口除了可以作普通 的双向I/O口使用外，也可以在访问外部存储器时用作低8位地址线和 数据总线。 • （10）P1口：P1.0～P1.7依次为第1～8脚，P1口是带内部上拉电 阻的双向I/O口，向P1口写入“1” 时，P1口被内部上拉为高电平， 可用作输入口。当作为输出脚时，被外部拉低的P1口会因为内部上拉 电阻的存在而输出电流。
2.3.1运算器 2.3.1运算器
• 4．程序状态字寄存器PSW • 程序状态字寄存器PSW是8位寄存器，用来存储当前指令执行后的状 态，便于程序查询和判别。程序状态字寄存器各位的定义如表2-2。
• （1）进位标志位C：又名CY，在加法和减法运算时， 表示运算结果 最高位的进位或借位情况。
2.3.1运算器 2.3.1运算器
2.2.1 MCS-51系列单片机的引脚与功能 MCS-51系列单片机的引脚与功能
• （8）XTAL2（18脚）：片内振荡电路反向放大器的输出端，采用外 部时钟时该引脚为振荡信号的输入端。 • （9）P0口：P0.0～P0.7依次为第39～32脚，P0口除了可以作普通 的双向I/O口使用外，也可以在访问外部存储器时用作低8位地址线和 数据总线。 • （10）P1口：P1.0～P1.7依次为第1～8脚，P1口是带内部上拉电 阻的双向I/O口，向P1口写入“1” 时，P1口被内部上拉为高电平， 可用作输入口。当作为输出脚时，被外部拉低的P1口会因为内部上拉 电阻的存在而输出电流。
第1章 MCS-51单片机结构
第1章 MCS-51单片机结构
1.2.2
外部数据存储器
用于存放随机读写的数据。 外部I/O口地址影像区。 MCS-51单片机的外部数据存储器和外部I/O口实行统一编址 ， 并使用相同的RD WR作选通控制信号，均使用 MOVX 指令访 问。 MCS-51 单片机最多可扩展64KB外部数据存储器
1.2.3 内部数据储存器
MCS-51仅能实现两个8位二进 制数的算术逻辑运算！
第1章 MCS-51单片机结构
2. 控制器
（1）组成： 定时与控制部件，复位电路，程序计数器 （PC），指令寄存器、指令译码器，数据指针 （DPTR）,堆栈指针（SP）等 （2）作用：产生计算机所需的时序，控制程序自动执行。
外RAM, EPROM, 外I/O CPU
第1章 MCS-51单片机结构
程序存储器中的几个特殊地址的使用：
地址
0000H 0003H 000BH 0013H 001BH 0023H
用途
复位操作后的程序入口 外部中断0服务程序入口 定时器0中断服务程序入口 外部中断1服务程序入口 定时器1中断服务程序入口 串行口中断服务程序入口
串行口中断入口 T1中断入口 T0中断入口 中断入口 INT1
在8051/8751/89C51 片内，分别内置最低地 址空间的4KB ROM/EPROM程序储存器（内部程序储 存器），而在8031片内，则无内部程序储存器， 必须外部扩展EPROM。MCS-51单片机中64KB内、外 程序储存器的地址是统一编排的。
第1章 MCS-51单片机结构
8031单片机无内部程序存储器，地址从0000H～ EA 应始终接地， FFFFH都是外部程序存储空间。 对于内部有ROM的单片机（51、52系列） ， EA 引脚接高电平，使程序从内部ROM开始执行。当PC 值超出内部ROM的容量时，会自动转向外部程序存 储器空间。外部程序存储器地址空间为1000H～ FFFFH。 访问程序存储器使用MOVC指令。 单片机执行程序时由PC 指示地址, 复位时PC内 容为0000H, 由此, 程序必须从0号单元开始存放.
2MCS51单片机的基本结构与工作原理
第二章MCS51单片机的基本结构与工作原理一、8051单片机内部包含哪些主要逻辑功能部件？提示：（1）CPU—包括运算器和控制器。
其中运算器主要有运算逻辑部件ALU（实质上就是一个全加器）、累加器A、暂存器TMP（如B寄存器、数据指针DPTR）、程序状态字PSW（寄存程序运行的状态信息）；控制器主要有程序计数器PC（实质是加1计数器）、指令寄存器IR（存放指令操作码的专用寄存器）、指令译码器、定时控制逻辑电路（按指令的性质发出一系列定时信号）、条件转移逻辑电路。
（2）内部RAM。
共有256个RAM单元。
其中低128个单元（00H—7FH）供用户使用，高128个单元（80H—FFH）是专用寄存器，有着特殊逻辑功能（又名特殊功能寄存器SFR）。
（3）内部ROM。
8031内部无ROM，8051有4KB掩膜ROM。
（4）定时/计数器。
MCS51共有2个16位的定时/计数器（T0、T1）。
（5）并行I/O口。
MCS51共有4个8位并行I/O口（P0、P1、P2、P3）。
（6）串行口。
MCS51有1个全双工的串行口。
（7）中断控制系统。
MS51共有5个中断源，且分两个优先级别。
（8）时钟电路。
系统允许的最高晶振频率为12MHz（主要用于通信）。
二、MCS51问片内RAM、片外提示：（1（2）（片内外统一编址空间共64KB）、128个单元中的21个单元SFR，高128个单元中的107个空闲地址，用户不能使用。
切记！）、片外数据存储器（寻址空间64KB）。
（3）从功能上划分为程序存储器、内部数据存储器、特殊功能寄存器、位地址空间、外部数据存储器。
访问片内RAM的指令助记符是MOV；如MOV P1，A访问片外RAM的指令助记符是MOVX；如MOVX @DPTR ，A访问片外ROM的指令助记符是MOVC；如MOVC A，@A+PC三、MCS51单片机片内RAM按用途可以划分几个区域？各有什么作用？（片内RAM低128单元划分哪三个主要部分？各部分主要功能是什么？）提示：片内RAM是最灵活的地址空间，在物理上分成两个独立的功能不同的区域，即低128个单元（00H —7FH）的数据RAM区、高128个单元（80H—FFH）的特殊功能寄存器SFR区（见下一题的回答）。
第2章 MCS-51系列单片机的结构及原理
2.3 引脚功能——封装形式
40P6-PDIP
单 片 机 技 术
2.3 引脚功能——引脚含义
P1. 0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 RST RXD/ P3. 0 TXD/ P3.1 INT0/ P3.2 INT1/ P3.3 T0/ P3.4 T1/ P3.5 WR/ P3.6 RD/ P3.7 XTAL2 XTAL1 VSS 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 24 22 21 VCC P0. 0 P0.1 P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7 EA ALE PSEN P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2. 0
2mcs51系列单片机的内部总体结构88微处理器运算部件b数据存储器ramp0口p2口程序存储器特殊功特殊功能寄存器sfrromepromvccvss图21mcs51单片机的基本结构控制部件p1口p3口串行口定时计数器中断系统88xtal1xtal2psenaleeareset端口0驱动器端口2驱动器ram地址锁存器ram1288端口0锁存器端口2锁存器rom4k8b寄存器程序地址寄存器缓冲器寄存器vcc5vvss堆栈指针spacctmp2tmp1p00p07p20p27图22mcs51片内总体结构框图rstpc1寄存器pcdptr指针p10p17psw端口3锁存器端口1锁存器端口1驱动器端口3驱动器scontl0tmodth1iepconth0sbuftxrx中断串行口和定时器逻辑tcontl1iposcp30p37alepsenxtal2xtal1alu指令寄存器定时与控制指令译码器返回本节2
第二章 MCS-51系列单片机的结构和原理
小结：
堆栈是一个“后进先出”的 内部RAM区，在数据进出堆 栈时，SP的值将自动增减， 但始终指向最后进入或即将 弹出数据的单元（即栈顶）
SP当前值
栈 顶
35H 34H 33H 32H 数据进入堆栈称“进栈（压栈）” 31H 数据从堆栈取出称“出栈（弹栈）” 30H
压栈：先SP增1，然后装入数据 出栈：先取出数据，然后SP减1。
三、专用功能寄存器 （特殊功能寄存器）SFR
MCS-51单片机内各种控制 寄存器和状态寄存器都是以 专用功能寄存器（或称特殊 功能寄存器）的形式出现的， 它们的地址分布在80H~FFH 区间。 每个寄存器都有相应的地址， 可以象访问内部RAM一样访 问。 MCS-51共有21个寄存器，只 占80H~FFH中的一部分，PC 除外。
总结§2.2 存储器
一、程序存储器 二、片内数据存储器(分三个区） 三、专用寄存器（特殊功能寄存器） 四、位存储器 五、外部数据存储器
片 内
§2.3 并行输入/输出端口结构
PSW各位定义如下
⑸. OV （PSW.2）溢出标志
当执行算术指令时，由硬件置位或清零，以指示溢出状态。 ①当执行加法或减法指令时有： OV = Cs ㈩ Cp 加法：用Cs和Cp表示有进位 减法：用Cs和Cp表示有借位
②无符号数乘法或除法指令 ：执行结果也会影响OV标志，详 见MUL和DIV指令的说明。
ห้องสมุดไป่ตู้
介绍几个常用SFR
1、累加器 ACC
累加器是一个最常用的专用寄存器。大多数单操作数指令的 操作数取自累加器，很多双操作数指令的一个操作数也 取自累加器
2、B寄存器
在乘除指令中用到了B寄存器，在其它指令中，B寄存器可 以用作计数器或一般RAM单元。
2 MCS-51系列单片机的结构和原理
0023H~002AH
地址去执行程序
串行中断地址区
中断响应后，系统能按中断种类，自动转到各中断区的首
但8个单元难以存下一个完整的中断服务程序， 故一般在中断地址区首地址开始存放一条无条件转移指令
JMP、 AJMP以便中断响应后，通过中断地址区，转到
中断服务程序的实际入口地址去
2.3.4 堆栈操作 堆栈只允许在其一端进行数据插入和数据删除操作的线性表 数据写入堆栈称为插入运算（入栈），PUSH 从堆栈中读出数据称为删除运算（出栈），POP
地址：80H~FFH 存放相应功能部件 的控制命令、状态 或数据 21个专用寄存器
（SFR）
（1）累加器A （Accumulator） 累加器A是8位寄存器，又记做ACC，是一个最常用的专用 寄存器。在算术/逻辑运算中用于存放操作数或结果。
（2）寄存器B 寄存器B 是8位寄存器，是专门为乘除法指令设计的，也 作通用寄存器用。
I/O口P0、P1、P2、P3集数据输入缓冲、数据输出驱动及锁
存等多项功能于一体
• 字节地址为90H，位地址为90H～97H，只作通用I/O口使用. • 由一个数据输出锁存器、两个三态输入缓冲器和输出驱动电 路组成。 内有电阻， 输出时无需 外接上拉电 阻 P1口作输出口 使用时: 内部总线 输出数据给输 出数据锁存器 的输入数据线 D.
1. 芯片封装形式
双列直插式DIP（Dual In line Package） 44引脚方形扁平式QFP（Quad Flat Package）
2. 芯片引脚介绍
1）输入/输出口线 4个8位双向口线
2）ALE 地址锁存控制信号 • 在系统扩展时，用于控制把P0口输出的低8位地址
送入锁存器锁存起来，以实现低位地址和数据的分
第2章 MCS-51单片机的结构和原理
89C51/S51单 片机 内部结构图
RAM地址 寄存器
存储器
P0.0-P0.7 P0驱动器
P2.0-P2.7 I/O接口
P2驱动器
128B RAM
P0锁存器
P2锁存器
4KBROM
程序地址 寄存器
B寄存器 运算器
暂存器1
暂存器2
ACC
SP 缓冲器
ALU
PC增1 中断、串行口和定时器 PSW PC
DPTR
DSP芯片的诞生及发展对近20年来通信、计算机、控制
等领域的技术发展起到十分重要的作用。
典型的DSP算法
Algorithm Finite Impulse Response Filter Equation
y(n)
a
k 0
M
M
k
x( n k )
Infinite Impulse Response Filter
8051片内有ROM(程序存储器，只能读)和RAM(数据存储器， 可读可写)两类，它们有各自独立的存储地址空间，与一般微机
的存储器配臵方式不同。
8051有四个8位并行接口，即P0-P3．它们都是双向端口，每 个端口各有8条I／O线，均可输入／输出。P0-P3口四个锁存器同 RAM统一编址，可以把I／O口当作一般特殊功能寄存器来寻址
冯· 诺曼（Van Neuman）结构
控制命令 程序存储器 地址线
CPU
数据存储器
数据线
哈佛结构 控制命令 地址线 程序总线 程序存储器
CPU
控制命令 地址线 数据总线
数据存储器
8051／8751／8031芯片的外部引脚和指令系统完全兼容，其 内部结构除ROM／EPROM不同外，其余完全相同。
MCS-51单片机的基本结构与工作原理
(T0)P34 _(_T_1_)P35 (W__R__)P36 (RD)P37 XTAL2 XTAL1
VSS
(a) 引脚排列
VCC
XTAL
P00(AD0)
P01(AD1) P02(AD2) P03(AD3) P04(AD4) P05(AD5) P06(AD6) P__0_7(AD7) EA /V_P_P____
D1H F1
D0H P
精选ppt
19
运算器
D7H D6H D5H D4H D3H D2H D1H D0H
CY
AC
F0
RS1
RS0
OV
F1
P
• CY(PSW. 7)： 进位标志，在进行加或减运算时，如果操 作结果最高位有进位或借时，CY由硬件置“1”，否则清 “0”。
• AC(PSW.6)： 辅助进位标志（又称半进位），在进行加 或减运算时，低四位数向高四位产生的进位或借位，将由
精选ppt
28
MCS-51单片机的引脚
精选ppt
29
MCS-51单片机的引脚
精选ppt
30
MCS-51单片机的引脚
精选ppt
31
第二章 MCS-51单片机的基本结构与工作原理
2.1 MCS-51单片机的总体结构 2.2 MCS-51单片机的CPU及其特点 2.3 MCS-51单片机的封装与引脚功能 2.4 MCS-51单片机的存储空间 2.5 MCS-51单片机辅助电路及CPU时序 2.6 MCS-51单片机主要硬件资源
• MCS-51系列又分为51和52两个子系列， 并以芯片型号的最末位数字作为标志。其中， 51子系列是基本型，而52子系列则属增强型。 52子系列功能增强的具体方面，从表1-1所列 内容中可以看出：
VSS
(a) 引脚排列
VCC
XTAL
P00(AD0)
P01(AD1) P02(AD2) P03(AD3) P04(AD4) P05(AD5) P06(AD6) P__0_7(AD7) EA /V_P_P____
D1H F1
D0H P
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19
运算器
D7H D6H D5H D4H D3H D2H D1H D0H
CY
AC
F0
RS1
RS0
OV
F1
P
• CY(PSW. 7)： 进位标志，在进行加或减运算时，如果操 作结果最高位有进位或借时，CY由硬件置“1”，否则清 “0”。
• AC(PSW.6)： 辅助进位标志（又称半进位），在进行加 或减运算时，低四位数向高四位产生的进位或借位，将由
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MCS-51单片机的引脚
精选ppt
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MCS-51单片机的引脚
精选ppt
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MCS-51单片机的引脚
精选ppt
31
第二章 MCS-51单片机的基本结构与工作原理
2.1 MCS-51单片机的总体结构 2.2 MCS-51单片机的CPU及其特点 2.3 MCS-51单片机的封装与引脚功能 2.4 MCS-51单片机的存储空间 2.5 MCS-51单片机辅助电路及CPU时序 2.6 MCS-51单片机主要硬件资源
• MCS-51系列又分为51和52两个子系列， 并以芯片型号的最末位数字作为标志。其中， 51子系列是基本型，而52子系列则属增强型。 52子系列功能增强的具体方面，从表1-1所列 内容中可以看出：
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TH0
程序地址寄 存器
pc
PC增量器
DPH和DPL来处理。中断模块 出将要执行的指令. 串行口模块 定
PSEN
TL0 SBUF
ALU
EA RESET
3、具有自动加1功能,从而指向下一条将 3、 DPTR 主要用来存放 16位地址，当 要执行的指令地址. 对 64 KB外部数据存储器空间寻址时, P3口锁存器
6 6
第2章 89C51单片机单片机的硬件结构
第2章 89C51单片机单片机的硬件结构
片内存储器
程序存储器
存储器 数据存储器 片外存储器 片内存储器 片外存储器 四个物理上独 立的空间
程序存储器和数据存储器的寻址空间是分开的，属于 哈佛存储结构。
7 7
第2章 89C51单片机单片机的硬件结构
从物理结构上单片机系统的存储器结构图 （四个部分）
0001 0000
程序存储器结构 12
12
第2章 89C51单片机单片机的硬件结构
不论哪一种MCS-51单片机 （1）芯片内部不含有程序存储器的单片机（ 8031 ） ，如果 EA 接地，其内部的程 EA必须接地，8031的程序存储器结构 序存储器将被CPU忽略
8051 P0 锁 存 器 片外ROM DB
10 10
第2章 89C51单片机单片机的硬件结构
（1）内部含有程序存储器的单片机
当 EA =1（接高电平）时：
8751/8051 Vcc R P0 锁 存 器 片外ROM DB
FFFF FFFE
……
片 外 60 K
EA
ALE P2
PSEN
AB
1001 1000 0FFF 0FFE
片 内 4K
……
OE
0001 0000
程序存储器连接电路
程序存储器结构
11 11
第2章 89C51单片机单片机的硬件结构
（1）芯片内部含有程序存储器的单片机 当 EA =0（接低电平）时：
8051 P0 锁 存 器 片外ROM DB
片 外 64 K FFFF FFFE
……
EA
ALE P2
PSEN
AB
OE
程序存储器连接电路
FFH
SFR
80H 7FH
真正的RAM区
00H
MCS-51 单片机片内RAM的配置图
17 17
1、工作寄存器区 是指00H～1FH 区, 共分4个组, 每组有8个单元, 共 32个内部RAM单元。
FFH 7FH
（一） 工作寄存器
1FH 3组 普通RAM区 18H 17H 2组 10H 0FH 位寻址区 08H 07H 工作寄存器区 0组 1组
MCS-51系列单片机有21个可以寻址的特殊功能寄存器，包括单片 机内的I/O口、串行口、定时/计数器、中断系统等相关的数据寄存器 （或缓冲器）以及控制寄存器和状态寄存器，用于存放相应功能部件 的控制命令、状态和数据。
4 4
第2章 89C51单片机单片机的硬件结构
（三）并行口（Parallel Port）
有4个并行的I/O口：P0、P1、P2、P3，每根口线都可独 立地用作输入或输出。
（四）串行口（Serial Port）
有1个全双工的串行口，用于串行通信。串行口由发送缓冲 器SBUF、接收缓冲器SBUF、移位寄存器和串行口控制逻辑等 部分组成。
（五） 定时/计数器（Timer/Counter）
有2个16位的定时/计数器T0和T1，T0由TH0和TL0构成， T1由TH1和TL1构成，定时/计数器方式寄存器TMOD选择定 时/计数器的工作模式和方式，定时/计数器控制寄存器TCON控 制T0和T1的启动和停止，同时反映T0和T1的溢出状态。 （六）中断系统（Interrupt System） 有5个中断源，分别为2个外部中断、2个定时/计数器溢出 产生的中断、1个串行口接收/发送产生的中断，提供2个中断优 先级。 5
GND
PCON SCON TMOD TH1 IE TCON TL1 IP
P2.0~P2.7
P0.0~P0.7
ROM
Acc B 2、既可作为一个 16 SP 位寄存器DPTR来 个连续区域.每条指令都有自己的地址 TEM2 TEM1 处理, 也可作为两个独立的 8 位寄存器 ,CPU根据PC中的指令地址从存储器中取
2、位寻址区的每1位都可当作 FFH 软件触发器, 由程序直接进行位 处理。
30H 2FH 3、 位寻址区的 16个单元（共 SFR
计128位）的每1位都有一个8
80H 位表示的位地址, 位地址范围为 7FH
位寻址区
00H～1FH。
20H 1FH 4、 同样, 位寻址的RAM单元 真正的RAM区
也可以按字节操作作为一般的 数据缓冲 区。
片 外 64 K FFFF FFFE
……
EA
ALE
P2
PSEN
AB
OE
程序存储器连接电路
0001 0000
程序存储器结构
13
程序存储器结构 13
MCS-51单片机片内、外程序存储器的使用 示意图
FFFFH
第2章 89C51单片机单片机的硬件结构
片外程序存储器 （最大64K）
1000H
0FFFH 0FFFH
第2章 89C51单片机单片机的硬件结构
作业
第47页 2、3、5、6、8、10、13、15
1
1
第2章 89C51单片机单片机的硬件结构
Vcc
1、16位寄存器，低8位经P0 口输出， P2口驱动 P2口驱动 1、数据指针DPTR是一个 16 位的专用 高8位经P2口输出 RAM RAM地址 寄存器 寄存器 寄存器, 其高位字节寄存器用DPH表示, P2口锁存器 P3口锁存器 2、存放下一条将要执行的指令地址.程序 低位字节寄存器用DPL表示。 中的指令是按照顺序存放在存储器中的某
单片机内部 程序存储器 （4K）
0000H
0000H
EA=1时，ROM的使用
EA=0时ROM的使用
14 14
第2章 89C51单片机单片机的硬件结构
在单片机的程序存储器中，有5个特殊的单元地 址：外部中断入口地址0003H，外部中断入口地址 0013H，定时/计数器T0入口地址000BH，定时/ 计数器T1入口地址001BH，串行口中断入口地址 0023H。
7F
…
30 2F 20 1F 03 02 01 00
… …
数据缓冲区 （80个单元）
位寻址区 （16个单元） 工作寄存器区 （32个单元）
片内RAM分区示意图
16 16
第2章 89C51单片机单片机的硬件结构 89C51内有256B的RAM单元，其地址范围为00H—FFH，分为两大部分: 低 128 字节（00H~7FH）为真正的RAM区; 高 128 字节（80H~FFH）为特殊功能寄存器区SFR。
单片机的内部数据存储器由RAM地址寄存器、地址译码器以及128个 单元的RAM构成，用于存放可读写的数据。
2. 内部程序存储器
MCS-51系列单片机（8031除外）的内部程序存储器由程序地址寄 存器、地址译码器以及4K（4096）个单元的ROM构成，用于存放 程序的机器代码和常数。 3. 特殊功能寄存器（Special Function Register，SFR）
CPU通过软件修改PSW中RS0和
RS1两位的状态, 就可任选一个工 00H 作寄存器工作。
00H
00H
第2章 89C51单片机单片机的硬件结构
RS1、 RS0与片内工作寄存器组的对应关系
RS1 RS0 寄存器组 片内RAM地址 通用寄存器名称
0
0 1 0
0
1 0 1
0组
1组 2组 3组
00H~07H
定时器/计数器模块
ALE
时 与 控 制 电 路
指 令 指 针 寄 存 器
PSW
缓冲器
DPTR
振荡器 4、PC的值可以修改，一般程序是按顺 作为间址寄存器用。在访问程序存储器时 P3口驱动 序执行指令的.若改变了的PC的值,则程 , 用作基址寄存器。
P1口锁存器
P1口驱动
序将不再按顺序执行。
XTAL1 XTAL2
特 殊 功 能 寄 存 器 中 位 寻 址
FFFFH
外部 RAM (I/O口 地址)
7FH
mov
movx
通用RAM区
30H 2FH 20H 1FH
1000H
内部 ROM (EA=0) (EA=1) 0000H
位寻址区
工作寄存器区
0FFFH
00H
0000H
0000H
内部数据存储器 （a）
外部数据存储器
5
2.2 MCS－51单片机的存储器
MCS-51单片机的程序存储器和数据存储器分 开设置，地址空间相互独立。MCS－51存储器地 址空间可分为以下5类： （1）程序存储器，最大空间64K； （2）片内数据存储器，128个单元； （3）特殊功能寄存器，共21个； （4）位寻址空间，211位； （5）外部数据寄存器，最大空间64K。 这些资源与单片机应用的关系密切，下面我们介 绍上述5类存储空间的功能。
指 令 指 针 寄 存 器
中断模块 串行口模块 定时器/计数器模块
ALU
PSW
缓冲器
DPTR
P3口锁存器
P1口锁存器
振荡器
P3口驱动
P1口.0~P1.7
3
3
2.1.3 MCS-51单片机的内部结构
（二）存储器 1.内部数据存储器
第2章 89C51单片机单片机的硬件结构
（b）
程序存储器 （c）
9 9
程序地址寄 存器
pc
PC增量器
DPH和DPL来处理。中断模块 出将要执行的指令. 串行口模块 定
PSEN
TL0 SBUF
ALU
EA RESET
3、具有自动加1功能,从而指向下一条将 3、 DPTR 主要用来存放 16位地址，当 要执行的指令地址. 对 64 KB外部数据存储器空间寻址时, P3口锁存器
6 6
第2章 89C51单片机单片机的硬件结构
第2章 89C51单片机单片机的硬件结构
片内存储器
程序存储器
存储器 数据存储器 片外存储器 片内存储器 片外存储器 四个物理上独 立的空间
程序存储器和数据存储器的寻址空间是分开的，属于 哈佛存储结构。
7 7
第2章 89C51单片机单片机的硬件结构
从物理结构上单片机系统的存储器结构图 （四个部分）
0001 0000
程序存储器结构 12
12
第2章 89C51单片机单片机的硬件结构
不论哪一种MCS-51单片机 （1）芯片内部不含有程序存储器的单片机（ 8031 ） ，如果 EA 接地，其内部的程 EA必须接地，8031的程序存储器结构 序存储器将被CPU忽略
8051 P0 锁 存 器 片外ROM DB
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第2章 89C51单片机单片机的硬件结构
（1）内部含有程序存储器的单片机
当 EA =1（接高电平）时：
8751/8051 Vcc R P0 锁 存 器 片外ROM DB
FFFF FFFE
……
片 外 60 K
EA
ALE P2
PSEN
AB
1001 1000 0FFF 0FFE
片 内 4K
……
OE
0001 0000
程序存储器连接电路
程序存储器结构
11 11
第2章 89C51单片机单片机的硬件结构
（1）芯片内部含有程序存储器的单片机 当 EA =0（接低电平）时：
8051 P0 锁 存 器 片外ROM DB
片 外 64 K FFFF FFFE
……
EA
ALE P2
PSEN
AB
OE
程序存储器连接电路
FFH
SFR
80H 7FH
真正的RAM区
00H
MCS-51 单片机片内RAM的配置图
17 17
1、工作寄存器区 是指00H～1FH 区, 共分4个组, 每组有8个单元, 共 32个内部RAM单元。
FFH 7FH
（一） 工作寄存器
1FH 3组 普通RAM区 18H 17H 2组 10H 0FH 位寻址区 08H 07H 工作寄存器区 0组 1组
MCS-51系列单片机有21个可以寻址的特殊功能寄存器，包括单片 机内的I/O口、串行口、定时/计数器、中断系统等相关的数据寄存器 （或缓冲器）以及控制寄存器和状态寄存器，用于存放相应功能部件 的控制命令、状态和数据。
4 4
第2章 89C51单片机单片机的硬件结构
（三）并行口（Parallel Port）
有4个并行的I/O口：P0、P1、P2、P3，每根口线都可独 立地用作输入或输出。
（四）串行口（Serial Port）
有1个全双工的串行口，用于串行通信。串行口由发送缓冲 器SBUF、接收缓冲器SBUF、移位寄存器和串行口控制逻辑等 部分组成。
（五） 定时/计数器（Timer/Counter）
有2个16位的定时/计数器T0和T1，T0由TH0和TL0构成， T1由TH1和TL1构成，定时/计数器方式寄存器TMOD选择定 时/计数器的工作模式和方式，定时/计数器控制寄存器TCON控 制T0和T1的启动和停止，同时反映T0和T1的溢出状态。 （六）中断系统（Interrupt System） 有5个中断源，分别为2个外部中断、2个定时/计数器溢出 产生的中断、1个串行口接收/发送产生的中断，提供2个中断优 先级。 5
GND
PCON SCON TMOD TH1 IE TCON TL1 IP
P2.0~P2.7
P0.0~P0.7
ROM
Acc B 2、既可作为一个 16 SP 位寄存器DPTR来 个连续区域.每条指令都有自己的地址 TEM2 TEM1 处理, 也可作为两个独立的 8 位寄存器 ,CPU根据PC中的指令地址从存储器中取
2、位寻址区的每1位都可当作 FFH 软件触发器, 由程序直接进行位 处理。
30H 2FH 3、 位寻址区的 16个单元（共 SFR
计128位）的每1位都有一个8
80H 位表示的位地址, 位地址范围为 7FH
位寻址区
00H～1FH。
20H 1FH 4、 同样, 位寻址的RAM单元 真正的RAM区
也可以按字节操作作为一般的 数据缓冲 区。
片 外 64 K FFFF FFFE
……
EA
ALE
P2
PSEN
AB
OE
程序存储器连接电路
0001 0000
程序存储器结构
13
程序存储器结构 13
MCS-51单片机片内、外程序存储器的使用 示意图
FFFFH
第2章 89C51单片机单片机的硬件结构
片外程序存储器 （最大64K）
1000H
0FFFH 0FFFH
第2章 89C51单片机单片机的硬件结构
作业
第47页 2、3、5、6、8、10、13、15
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第2章 89C51单片机单片机的硬件结构
Vcc
1、16位寄存器，低8位经P0 口输出， P2口驱动 P2口驱动 1、数据指针DPTR是一个 16 位的专用 高8位经P2口输出 RAM RAM地址 寄存器 寄存器 寄存器, 其高位字节寄存器用DPH表示, P2口锁存器 P3口锁存器 2、存放下一条将要执行的指令地址.程序 低位字节寄存器用DPL表示。 中的指令是按照顺序存放在存储器中的某
单片机内部 程序存储器 （4K）
0000H
0000H
EA=1时，ROM的使用
EA=0时ROM的使用
14 14
第2章 89C51单片机单片机的硬件结构
在单片机的程序存储器中，有5个特殊的单元地 址：外部中断入口地址0003H，外部中断入口地址 0013H，定时/计数器T0入口地址000BH，定时/ 计数器T1入口地址001BH，串行口中断入口地址 0023H。
7F
…
30 2F 20 1F 03 02 01 00
… …
数据缓冲区 （80个单元）
位寻址区 （16个单元） 工作寄存器区 （32个单元）
片内RAM分区示意图
16 16
第2章 89C51单片机单片机的硬件结构 89C51内有256B的RAM单元，其地址范围为00H—FFH，分为两大部分: 低 128 字节（00H~7FH）为真正的RAM区; 高 128 字节（80H~FFH）为特殊功能寄存器区SFR。
单片机的内部数据存储器由RAM地址寄存器、地址译码器以及128个 单元的RAM构成，用于存放可读写的数据。
2. 内部程序存储器
MCS-51系列单片机（8031除外）的内部程序存储器由程序地址寄 存器、地址译码器以及4K（4096）个单元的ROM构成，用于存放 程序的机器代码和常数。 3. 特殊功能寄存器（Special Function Register，SFR）
CPU通过软件修改PSW中RS0和
RS1两位的状态, 就可任选一个工 00H 作寄存器工作。
00H
00H
第2章 89C51单片机单片机的硬件结构
RS1、 RS0与片内工作寄存器组的对应关系
RS1 RS0 寄存器组 片内RAM地址 通用寄存器名称
0
0 1 0
0
1 0 1
0组
1组 2组 3组
00H~07H
定时器/计数器模块
ALE
时 与 控 制 电 路
指 令 指 针 寄 存 器
PSW
缓冲器
DPTR
振荡器 4、PC的值可以修改，一般程序是按顺 作为间址寄存器用。在访问程序存储器时 P3口驱动 序执行指令的.若改变了的PC的值,则程 , 用作基址寄存器。
P1口锁存器
P1口驱动
序将不再按顺序执行。
XTAL1 XTAL2
特 殊 功 能 寄 存 器 中 位 寻 址
FFFFH
外部 RAM (I/O口 地址)
7FH
mov
movx
通用RAM区
30H 2FH 20H 1FH
1000H
内部 ROM (EA=0) (EA=1) 0000H
位寻址区
工作寄存器区
0FFFH
00H
0000H
0000H
内部数据存储器 （a）
外部数据存储器
5
2.2 MCS－51单片机的存储器
MCS-51单片机的程序存储器和数据存储器分 开设置，地址空间相互独立。MCS－51存储器地 址空间可分为以下5类： （1）程序存储器，最大空间64K； （2）片内数据存储器，128个单元； （3）特殊功能寄存器，共21个； （4）位寻址空间，211位； （5）外部数据寄存器，最大空间64K。 这些资源与单片机应用的关系密切，下面我们介 绍上述5类存储空间的功能。
指 令 指 针 寄 存 器
中断模块 串行口模块 定时器/计数器模块
ALU
PSW
缓冲器
DPTR
P3口锁存器
P1口锁存器
振荡器
P3口驱动
P1口.0~P1.7
3
3
2.1.3 MCS-51单片机的内部结构
（二）存储器 1.内部数据存储器
第2章 89C51单片机单片机的硬件结构
（b）
程序存储器 （c）
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